Los neurocientíficos han estado fascinados durante mucho tiempo por saber por qué una persona no puede recordar eventos recientes después de una lesión cerebral, como después de una caída. Sin embargo, es posible que esa misma persona aún pueda recordar los ingredientes exactos de su receta de galletas con chispas de chocolate. Ha dado lugar a teorías sobre cómo aprendemos y almacenamos información en esa complicada computadora llamada cerebro. Parte de esto parece deberse a una potenciación a largo plazo.
La potenciación a largo plazo (LTP) es un mecanismo en los mamíferos, como las personas, que se cree que permite aprender y crear recuerdos a largo plazo. LTP es un proceso en el que las sinapsis se fortalecen mediante la repetición. La LTP ocurre en varias áreas del cerebro, pero la mayoría de las investigaciones se han centrado en la sinapsis del glutamato.
«Úsalo o piérdelo» es una advertencia frecuente sobre nuestros recuerdos y la forma en que aprendemos. Muestra imágenes de pequeñas células cerebrales levantando pesas para mantenerse en forma mientras otras se marchitan y mueren. Un término más técnico para esto es plasticidad sináptica, donde las sinapsis se fortalecen o debilitan dependiendo de si son necesarias. La potenciación a largo plazo está en el complicado lado del «levantamiento de pesas» de la plasticidad sináptica.
Descubrimiento de la potenciación a largo plazo
«Mantén mis neuronas activas» se ha convertido en una frase cotidiana en la sociedad moderna. La gente les dice a sus amigos que están tratando de prevenir la demencia jugando juegos como Sudoku o crucigramas. Pero si bien Camillo Golgi descubrió las neuronas en 1908, se desconocía el mecanismo por el cual este «disparo» permitía el aprendizaje y los recuerdos.
Pero en 1966, Terje Lømo, un neurocientífico, comenzó a trabajar estudiando el hipocampo de los conejos. El trabajo condujo al descubrimiento de la potenciación a largo plazo. Dos años más tarde, él y Tim Bliss hicieron un estudio sistemático sobre este descubrimiento y observaron la actividad de los impulsos musculares en el cerebro de los mamíferos (ratas).
La actividad no fue aleatoria sino que tenía patrones dentro de rangos adaptativos. Estos patrones crearon una conexión más fuerte entre dos neuronas. Que una señal mejor y más fuerte entre dos neuronas es fundamental para aprender y crear recuerdos en lugar de generar nuevas células cerebrales.
Para hacer una cruda analogía mixta: imaginemos dos neuronas que se ejercitan jugando a la pelota. Pero su juego de atrapar crea una señal móvil. Empieza flojo, un 2G pésimo; la información pasa entre ellos lentamente y las páginas no siempre se cargan. Luego, después de un poco de práctica, llega a EDGE. Pero cuanto más funcionan esas neuronas, mejor se vuelven hasta que establecen una conexión 4G (y más allá) entre ellas.
Que las neuronas construyeran y fortalecieran conexiones no era un concepto completamente nuevo. Por ejemplo, Santiago Ramón y Cajal sugirió en 1894 que el aprendizaje implicaba mejores conexiones entre neuronas en lugar de producir más. Además, la famosa teoría hebbiana fue expuesta en 1949 por Donald Hebb. Su teoría se resume en la pegadiza frase: «Las células que se activan juntas se conectan entre sí».
Pero si bien Cajal y Hebb estaban en el camino correcto, sus ideas estaban incompletas. El descubrimiento de LTP abrió el misterio detrás del despido y comenzó a ayudarnos a comprender por qué algunos pensamientos son temporales y otra información se retiene y se basa en ella. Sin embargo, incluso hoy en día, la LTP no se comprende completamente. Para empezar, no ocurre de la misma manera en todas las partes del cerebro.
Potenciación a largo plazo en la sinapsis del glutamato
Por muy adorable que sea imaginar a nuestras neuronas jugando a la pelota o disparándose pequeñas pistolas láser entre sí, la potenciación a largo plazo es un poquito (mucho) más complicada. Este juego de atrapar tampoco opera de la misma manera en todas las áreas del cerebro. Pero la forma más fácil de sumergirse en la LTP es en la sinapsis de glutamato del hipocampo porque es allí donde se han realizado más investigaciones.
LTP: receptor NMDA, receptor AMPA y despolarización
A la gente le encantan las buenas siglas, y eso incluye a los neurocientíficos. Así, en la sinapsis del glutamato se encuentran receptores: NMDA y AMPA. Entonces, la mejor manera de visualizar estos receptores es como pequeños túneles en el camino de nuestro juego de atrapar. Estos túneles permiten el paso de las «bolas» con suficiente glutamato. Estas «bolas» son cosas como magnesio y calcio.
El cuerpo recibe información sensorial: vista, olfato, sonidos, tacto y gusto. La información sensorial se transmite al hipocampo a través de señales. Entonces se activan los receptores de glutamato. Una cantidad baja de actividad activará el receptor AMPA. Sin embargo, el receptor NMDA es más difícil de complacer. No se abre mucho y rápidamente se bloquea por un ion de magnesio (una de nuestras bolas).
El cerebro no tiene un émbolo para sacar ese ion de magnesio de nuestro «túnel» NMDA. En cambio, utiliza la despolarización para eliminar el ion magnesio. Sin embargo, esto sólo es posible fortaleciendo la señal mediante:
- Estimulándolo con una señal fuerte.
- repitiendo una señal
Es como enseñarle a un niño a no tocar una chimenea caliente. Hay dos maneras en que se aprenderá esta lección:
- El niño toca la chimenea caliente y grita de dolor.
- El padre sigue diciendo «No, caliente» cada vez que el niño se acerca para tocar la chimenea.
El ejemplo A es una señal fuerte: enseña instantáneamente a la mayoría de los niños que las chimeneas son calientes y peligrosas.
El ejemplo B es una señal débil: menos doloroso y peligroso para el niño, pero lleva mucho más tiempo (y hace que los padres cuestionen sus elecciones de vida).
El primer «No, caliente» no es suficiente estimulación para hacer que el ion magnesio se mueva. Para que el Ejemplo B funcione, es necesario realizarlo repetidamente hasta que se libere una gran cantidad de glutamato. El glutamato adicional mantiene abierto el receptor AMPA por más tiempo, lo que permite que entre suficiente sodio a la célula para que se produzca la despolarización. El cargador sale y ahora el calcio (otras bolas) puede pasar.
LTP se encuentra ahora en su primera fase. El niño empieza a aprender que la chimenea está caliente. Sin embargo, si llega un mejor tiempo antes de que el LTP llegue a su segunda fase, esta lección podría quedar olvidada cuando llegue el invierno. Entonces el proceso de aprendizaje debe repetirse, quizá no del todo desde cero, pero sí casi.
Potenciación y recuerdos a largo plazo
La fase 1 de potenciación a largo plazo se conoce como memoria a corto plazo. Para decirlo crudamente, la información se encuentra en un casillero de almacenamiento temporal en el hipocampo. Sólo hasta que llegue a la fase 2 la información se considerará lo suficientemente importante como para enviarla a la corteza para un compartimento de almacenamiento a largo plazo. Una vez almacenada en la corteza, ahora es una memoria a largo plazo.
Somos testigos de estas diferencias entre la fase 1 y la fase 2 en personas con lesiones cerebrales y condiciones de deterioro mental. Una persona que se cae de su caballo, por ejemplo, podría sufrir una lesión en la cabeza lo suficientemente grave como para empezar a perder recuerdos recientes. Al principio no recuerdan la caída. Pero al día siguiente, es posible que hayan olvidado toda la semana pasada.
Sin embargo, esta misma persona herida aún podrá decirle exactamente cómo hacer su receta favorita de galletas con chispas de chocolate. La receta les fue enseñada cuando eran pequeños, quizá por su abuela, y llevan décadas haciendo estas galletas. Esa información queda encerrada en la corteza, sana y salva, mientras que el hipocampo sale de sus casilleros.
En el caso de una lesión temporal, como una caída del caballo, el hipocampo finalmente vuelve a funcionar y se pueden formar más recuerdos a largo plazo. Sin embargo, si las lesiones se han formado debido a una lesión o enfermedad, el cerebro tiene dificultades o no puede crear nuevos recuerdos. Sin embargo, es posible que aún pueda conservar recuerdos más antiguos. Vemos este fenómeno en personas con Alzheimer.
Plasticidad sinaptica
La fuerza sináptica no es una constante, sino que puede fortalecerse o debilitarse. El término para esto es plasticidad sináptica y, a menudo, se lo compara con ir al gimnasio. Entonces, cuando vas al gimnasio con regularidad, tu tono muscular y tu fuerza generalmente aumentan, al igual que tu condición cardiovascular. Pero luego tal vez estés ocupado y no vayas durante un mes, y tu estado físico disminuya.
Si bien el cerebro no es un músculo, requiere «ejercicio» para mantener funcionando el mecanismo de potenciación a largo plazo. Pero incluso en un cerebro bien ejercitado algunas conexiones se debilitarán mientras que otras se fortalecen.
Por ejemplo, si no utilizas una habilidad durante un tiempo, digamos un segundo idioma, tu dominio de esa habilidad disminuye. Sin embargo, esto no significa que no hayas ejercitado tu cerebro. Por ejemplo, durante ese período, es posible que hayas estado aprendiendo a tocar la guitarra o que te hayas obsesionado con hacer masa madre.
Así, mientras ciertas conexiones en nuestro cerebro se hacían más fuertes (cómo tocar la guitarra, cómo hornear el mejor pan de masa madre), otras conexiones se estaban debilitando. O volver al gimnasio: es como tomar clases de spinning porque te aburres de nadar. Pero después de un año en la bicicleta, vuelves a la piscina y descubres que tu condición física para nadar ha disminuido a pesar de estar todavía en forma.
Sin embargo, lo extraño de este ejemplo es que no habrás olvidado cómo nadar. Es cierto que es más desafiante porque los músculos ya no se utilizan de esa manera. Pero el cuerpo todavía sabe lo que hay que hacer para no ahogarse. Por extraño que parezca, se cree que la capacidad de “no ahogarse” después de un período prolongado sin nadar está relacionada con el mismo proceso que el olvido.
Por lo tanto, por muy molesto que sea «olvidar» las cosas, la plasticidad sináptica puede ser un proceso saludable cuando se mantiene en equilibrio. No necesitamos toda la información que recibimos para siempre. No es gran cosa si no recuerdas la lista de compras que escribiste en enero de 2004.
En cambio, nuestros cerebros dejan ir las conexiones cansadas y las restablecen para que puedan usarse nuevamente para otra cosa, como la lista de compras. O lo empareja, por lo que solo usamos las partes necesarias, como en la natación. Este proceso de reinicio o emparejamiento se realiza mediante un mecanismo conocido como depresión a largo plazo.
Depresión a largo plazo: lo opuesto a la LTP
La depresión a largo plazo (LTD) en neurociencia no es lo mismo que la enfermedad mental grave conocida como depresión crónica. En cambio, LTD es un mecanismo en los mamíferos que se opone a la potenciación a largo plazo.
LTD no se comprende completamente. Si bien se considera parte del proceso de olvido, juega un papel crucial en nuestra memoria motora, volviendo a nadar. Cuando se aprende esta habilidad por primera vez, implica mucha concentración. Cuando la natación era nueva, una distracción, como que alguien gritara nuestro nombre, podía hacernos perder la concentración y entrar en pánico.
Pero una vez que dominamos la capacidad de nadar, no requiere casi ningún pensamiento consciente para mantenerse a flote. Algunas personas lo hacen boca arriba, charlando con las gaviotas, sin ninguna preocupación. De alguna manera, LTD elimina toda la información que no necesitamos y retiene aspectos esenciales de nuestra memoria muscular. Así, el «trasladar» el conocimiento a nuestra memoria muscular nos permite realizar múltiples tareas.
LTD también puede aclarar los recuerdos, afinar las partes esenciales de la «historia», crear un mayor contraste y permitir que otros elementos desaparezcan. Esta podría ser la razón por la que alguien podría tener, digamos, un recuerdo nítido de haber hecho galletas con chispas de chocolate con la abuela por primera vez. Sin embargo, no saben el día, el mes ni siquiera su edad exacta. En cambio, es más: «Debí tener entre seis y ocho años».
Si bien la investigación sobre la LTP aún está en curso, algunos aspectos están bastante bien establecidos. Por ejemplo, los neurocientíficos saben que, al igual que la LTP, la depresión a largo plazo puede ocurrir por varios mecanismos, pero el más estudiado es el de los receptores de glutamato. Así, volvemos a NMDA y AMPA, donde el NMDA está bloqueado por el ion magnesio.
Pero a diferencia de la LTP, no hay suficiente estimulación para desbloquear el ion magnesio. Curiosamente hay algunos…